摘" " 要：渤海灣埕海1-1區(qū)塊采用叢式井進(jìn)行開(kāi)發(fā)，二開(kāi)作業(yè)期間普遍使用純鉀鹽聚合物鉆井液體系，鉀離子的晶格取代效應(yīng)，會(huì)使井壁產(chǎn)生硬殼，但內(nèi)部的泥頁(yè)巖會(huì)繼續(xù)水化膨脹，造成起下鉆困難甚至技術(shù)套管下入不到位等井下復(fù)雜。針對(duì)這種情況，通過(guò)在傳統(tǒng)純KCl聚合物鉆井液體系中引入小分子陽(yáng)離子抑制劑BDSC-100L，提高了鉆井液抑制黏土水化分散的能力，同時(shí)采用低濃度KCl與高濃度NaCl復(fù)配，提高了鉆井液抑制黏土水化膨脹的能力，據(jù)此研發(fā)出軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液體系。室內(nèi)試驗(yàn)表明，軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液的巖屑回收率是純鉀鹽聚合物鉆井液的兩倍，且經(jīng)過(guò)熱滾后，巖屑的外形基本保持完整；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液在井眼穩(wěn)定和井筒清潔方面優(yōu)于純鉀鹽聚合物鉆井液。

關(guān)鍵詞：軟抑制；流變性；回收率；ECD

Research and application of soft-inhibitive drilling fluid system in Chenghai"1-1 block of Bohai Bay

ZOU Long， XIE Heping， XIE Lun

Drilling Branch of CNPC Offshore Engineering Company Limited， Tianjin 300451， China

Abstract：The Chenghai 1-1 block in Bohai Bay is developed using cluster wells. During the second spudding operation， a pure sylvite polymer drilling fluid system is widely used. The lattice substitution effect of potassium ions can lead to the formation of a hard shell on the wellbore wall， but the internal shale will continue to hydrate and expand， causing difficulties in tripping in and out and even resulting in complex downhole conditions such as the failure to lower the technical casing to the proper position. In response to this situation， the small molecule cation inhibitor BDSC-100L was introduced into the traditional pure KCl polymer drilling fluid system to improve the ability of the drilling fluid to inhibit the hydration and dispersion of clay. At the same time， the low-concentration KCl and high-concentration NaCl were combined to improve the ability of the drilling fluid to inhibit the hydration and expansion of clay. Based on this， a soft-inhibitive sylvite polymer drilling fluid system was developed. Laboratory tests show that the recovery of rock cuttings from soft-inhibitive sylvite polymer drilling fluid is twice that of pure sylvite polymer drilling fluid， and the shape of rock cuttings remains intact after hot rolling. Field applications indicate that soft-inhibitive sylvite polymer drilling fluid is superior to pure sylvite polymer drilling fluid in terms of wellbore stability and wellbore cleaning.

Keywords：soft inhibition; rheology; recovery; ECD

埕海1-1區(qū)塊位于埕海1-1人工島東側(cè)，共有Ⅰ期、Ⅱ期兩個(gè)井組。該區(qū)塊2018年開(kāi)始施工，目前Ⅰ期井組開(kāi)鉆16口井、完井15口，Ⅱ期井組已開(kāi)鉆3口井、完井3口。對(duì)于埕海區(qū)塊鉆遇的大段明化鎮(zhèn)泥巖段，普遍使用的鉆井液體系為鉀鹽鉆井液，主要依靠鉀離子的強(qiáng)抑制性和晶格取代特性[1]，防止泥巖的造漿和水化膨脹，但在實(shí)際的施工過(guò)程中，常出現(xiàn)起下鉆困難及技術(shù)套管下入不到位等現(xiàn)象。

目前針對(duì)大段泥巖造漿率高、水化膨脹嚴(yán)重等問(wèn)題，中海油使用改進(jìn)型PEC鉆井液體系。但由于該體系采用置換鉆井液內(nèi)受污染鉆井液的方式，因此成本相對(duì)較高。西部鉆探則使用高性能水基鉆井液體系，但該體系抗地層中碳酸根、碳酸氫根能力較差，流變性不易控制，且體系中使用的材料（磺化酚醛樹(shù)脂）也不適用于海上鉆井。綜合以上情況，汲取其中的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，提出了軟抑制理念，在施工過(guò)程中通過(guò)調(diào)整幾種抑制劑的比例，由此得到最優(yōu)的抑制性，且流變性[2]也得到了有效控制，從而保證井壁穩(wěn)定與井眼清潔，滿足埕海1-1區(qū)塊優(yōu)質(zhì)、安全、成本低的施工要求。

1" " 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1" " 調(diào)整體系中KCl的含量

鉀鹽聚合物鉆井液體系中KCl的加量通常為7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同）左右，該含量的鉀離子對(duì)地層中的泥巖抑制效果最佳，且KCl中的氯離子含量（礦化度）也較適中。但對(duì)于長(zhǎng)段的泥巖來(lái)說(shuō)，強(qiáng)的抑制性會(huì)導(dǎo)致井壁出現(xiàn)硬殼現(xiàn)象，而內(nèi)部則會(huì)繼續(xù)水化膨脹，造成縮徑，因此需要尋找一種替代KCl的材料。在材料膨脹量[3]測(cè)定試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，添加15%NaCl與添加7%KCl的膨脹量基本相同，見(jiàn)圖1、圖2。

對(duì)比圖1、圖2中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，7%KCl和15%NaCl的抑制性基本相同，所以提出采取部分NaCl代替部分KCl的理念，以降低鉀離子的強(qiáng)抑制性，而總體的抑制性不減弱。通過(guò)查找資料及現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)10%NaCl與3%KCl的配比，總體抑制性最好，成本控制也最優(yōu)，且無(wú)機(jī)鹽的加入提高了體系的液相密度，減少固體加重材料的用量，更有利于流變性的控制。

1.2" " 增加體系中包被抑制劑的種類

鉀離子作為一種強(qiáng)抑制劑，由于其陽(yáng)離子的特性，抑制黏土顆粒聚集水化，從而使大量微粒分散在體系中，造成鉆進(jìn)過(guò)程中等效循環(huán)密度（Equivalent Circulating Density，簡(jiǎn)稱ECD）變高，影響鉆進(jìn)時(shí)的機(jī)械鉆速；另一方面，過(guò)多的微粒進(jìn)入體系中，使流變性難以控制，井筒內(nèi)的巖屑不能及時(shí)有效地?cái)y帶出井底；若流變性難以通過(guò)凈化設(shè)備控制，則只能通過(guò)置換部分鉆井液的方法來(lái)調(diào)整鉆井液的性能，但會(huì)增加材料成本。

BDSC-100L是一種小分子量的有機(jī)陽(yáng)離子聚合物，其分子量比通常的有機(jī)陽(yáng)離子小很多。在鉆井液中，其可以通過(guò)靜電吸附于黏土顆粒的表面，并且通過(guò)與黏土表面電負(fù)性大的原子形成氫鍵，由此加強(qiáng)相鄰黏土顆粒之間的相互作用力，起到防止黏土分散的作用。其抑制機(jī)理不同于K+，不具備K+的晶格固定作用，抑制黏土水化膨脹效果不及K+，但是具有比K+更好的抑制黏土水化分散的能力，更易保持鉆屑的完整性，便于鉆屑的清除[4]。

因此在考慮抑制性的同時(shí)，還需要考慮到細(xì)微粒的包裹性，通過(guò)依附和包裹作用，及時(shí)將無(wú)用固相帶出井筒，減少其對(duì)鉆井施工的影響。試驗(yàn)中通過(guò)在體系里加入胺基聚醇和包被劑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)黏土顆粒的抑制包被性，增加抑制劑的種類，從而實(shí)現(xiàn)抑制劑的多元化[5]，降低單一鉀離子的強(qiáng)抑制性，將軟抑制鉆井液體系的理念融入其中。

1.3" " 室內(nèi)試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證軟抑制鉆井液體系的抑制性和包裹性，分別使用海水、純鉀鹽聚合物鉆井液和軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液進(jìn)行巖屑滾動(dòng)回收試驗(yàn)[6]，試驗(yàn)用的巖屑為埕海AA井二開(kāi)明化鎮(zhèn)泥巖巖屑。

材料與儀器：鈉膨潤(rùn)土、液堿、純堿、纖維素類降濾失劑、鉆井液用降濾失劑改性天然高分子BDF-400S、鉆井液用包被劑、鉆井液用增黏劑黃原膠、鉆井液用頁(yè)巖抑制劑胺基聚醇BDSC-100L、鉆井液用抑制防塌劑、無(wú)機(jī)鹽類抑制劑KCl和NaCl、埕海1-1區(qū)現(xiàn)場(chǎng)取樣海水、GJS-B12K型變頻高速攪拌器、XGRL-4A型滾子加熱爐、電子天平（精度±0.01 g）、篩網(wǎng)（20、40、100目各1個(gè)）。

試驗(yàn)方法：參照GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)中鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（第1 部分：水基鉆井液）》測(cè)試巖屑滾動(dòng)率，試驗(yàn)溫度120 ℃，熱滾16 h。

純鉀鹽聚合物鉆井液配方：海水+1%液堿+0.2%純堿+5%～7%KCl+1.5%降濾失劑+1%防塌劑+0.3%黃原膠。

軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液配方：海水+ 1%液堿+ 0.2%純堿+ 3%KCl+ 10%NaCl+ 0.5%BDF-400S+ 1%降濾失劑+ 1%防塌劑+ 0.3%黃原膠+ 0.5%BDSC-100L+ 0.5%包被劑。

熱滾完畢后，將老化罐中的樣品過(guò)40目篩網(wǎng)，清洗干凈后，放入烤箱中，在（105±5）℃中恒溫4 h后稱重。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3～圖6。

從圖6中的數(shù)據(jù)可以看出，軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液的巖屑回收率是純鉀鹽聚合物鉆井液的2倍，且經(jīng)過(guò)熱滾后，巖屑的外形基本保持完整，表明軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液具有較好的抑制性和包裹性。

2" " 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)試驗(yàn)室配方，結(jié)合以往現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化施工流程，軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液在埕海DD井、EE井、FF井中得到成功應(yīng)用，并取得了顯著的效果。與采用傳統(tǒng)鉀鹽聚合物鉆井液的BB井、CC井施工參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

在表1的數(shù)據(jù)中，埕海BB井為前期施工井的平均水平，埕海CC井為前期施工井的最優(yōu)秀井，與使用軟抑制鉆井液體系的其余三口井進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，施工周期、短起次數(shù)、倒劃速度等參數(shù)均有很大的差距，表明軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液在井眼穩(wěn)定和井筒清潔方面優(yōu)于純鉀鹽聚合物鉆井液，軟抑制鉆井液體系很適用于該區(qū)塊的優(yōu)快鉆進(jìn)。表2為上述5口井的其他鉆井參數(shù)及ECD值。

從表2可以看出，對(duì)比前期最佳的埕海CC井，后期使用軟抑制鉆井液體系的三口井中，鉆進(jìn)、倒劃眼時(shí)的扭矩均低于前者，說(shuō)明井筒的規(guī)則度、清潔度優(yōu)于之前。ECD值則從另一方面反映出井筒的清潔程度，數(shù)值越低，說(shuō)明井筒中的固相含量低，對(duì)井底的環(huán)空壓耗也就越低，從表2還可以看出，后期施工的三口井的ECD數(shù)值明顯低于前期，進(jìn)一步證明了軟抑制鉆井液體系具有較優(yōu)的井眼清潔能力和高效攜巖能力。

分析表1和表2中的數(shù)據(jù)，可看出在施工過(guò)程中軟抑制鉆井液體系多項(xiàng)指標(biāo)要明顯優(yōu)于純鉀鹽鉆井液體系，在三口井的二開(kāi)施工中，均未出現(xiàn)井下復(fù)雜，其中埕海EE井實(shí)現(xiàn)“一趟鉆”作業(yè)，中途未進(jìn)行短起下作業(yè)，且中完后起下鉆無(wú)阻卡。鉆井液體系的進(jìn)一步優(yōu)化，一方面保證了施工的順利進(jìn)行，另一方面降低了鉆井液材料成本，軟抑制體系施工的三口井，環(huán)比2019年的米成本降低了9.86%，與2020年未發(fā)生事故的井相比米成本降低了7.55%，成本上得到了有效控制。

3" " 結(jié)束語(yǔ)

埕海1-1區(qū)12.25 in（1in=25.4 mm）井段的泥巖含量高，易造漿，需要加強(qiáng)鉆井液抑制性和對(duì)鉆井液黏度的合理控制，傳統(tǒng)純KCl聚合物體系的抑制特性不能滿足目標(biāo)區(qū)塊優(yōu)快的鉆井要求，通過(guò)引入小分子陽(yáng)離子抑制劑BDSC-100L，提高鉆井液抑制黏土水化分散的能力，同時(shí)采用低濃度KCl與高濃度NaCl復(fù)配，提高鉆井液抑制黏土水化膨脹的能力，合理控制K+濃度，在保證井壁穩(wěn)定的同時(shí)，避免了因過(guò)多K+造成井壁硬化而引起下鉆阻卡的問(wèn)題。

在埕海1-1區(qū)明化鎮(zhèn)的大段泥巖段上使用的軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液，其在流變性和綜合抑制性方面均得到了較好控制。軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液是純鉀鹽聚合物鉆井液的一個(gè)改良優(yōu)化版本，但目前其服務(wù)的井組較少，無(wú)論是在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)上，還是在數(shù)據(jù)采集上，都有一定的欠缺。后期將通過(guò)收集更多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化與增進(jìn)該軟抑制鉀鹽聚合物鉆井液體系，為后期埕海1-1區(qū)的優(yōu)質(zhì)、快速鉆進(jìn)，提供充足的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

鄒" " 龍（1986—），男，天津人，工程師，2009年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院油田化學(xué)專業(yè)，目前主要從事鉆井液技術(shù)服務(wù)工作。Email：zoulong.cpoe@cnpc.com.cn

編輯：林" " 鮮